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一种 机器人视觉定位系统

阅读：983发布：2020-05-16

专利汇可以提供一种机器人视觉定位系统专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种机器人视觉定位系统，包括视频采集模块、视频角度调整模块、数据处理模块、三维重构模块、坐标标定模块、路线输出模块、机器人驱动模块。本发明通过kinect深度传感器进行目标位置深度图像、障碍物深度图像的获取以及三维图像的重构，然后通过在三维图像内的目标位置和障碍物的坐标定位以及机器人的实时定位数据进行目标路线的输出，实现了目标路线的实时更新，提高了定位结果的精确度；经实验可知，利用Kinect传感器采集的不同的深度图像完成目标物体的三维重建，仅需要48s，并且得到非常精细的重建效果，大大提高了视觉定位的效率。，下面是一种机器人视觉定位系统专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种机器人视觉定位系统，其特征在于，包括
视频采集模块，用于进行目标视频数据的采集，并将所采集到的视频数据发送到视频角度调整模块；所述视频数据包括多个连续的视频帧、与每一个视频帧对应的坐标信息和时间信息，且所述坐标信息与所述时间信息唯一对应；所述视频采集模块采用摄像头，至少包括五个，其中一个位于机器人头部，另外四个分别通过支架安装在机器人所在位置的前后左右四侧；
视频角度调整模块，用于根据每个视频帧的坐标信息确定每个视频帧的偏转角度，并按其中一个视频帧的偏转角度进行其他视频帧的重构，并将处理后的视频发送到数据处理模块；
数据处理模块，用于通过kinect深度传感器进行所接收到的视频数据内目标位置深度图像、障碍物深度图像的获取，并将获取的目标位置深度图像、障碍物深度图像发送到三维重构模块；
三维重构模块，用于将所获得的障碍物深度图像以及目标位置深度图像进行三角化，然后在尺度空间中融合所有三角化的深度图像构建分层有向距离场，对距离场中所有的体素应用整体三角剖分算法产生一个涵盖所有体素的凸包，并利用Marching Tetrahedra算法构造等值面，完成三维图像的重构；
坐标标定模块，用于根据视频文件中的坐标信息完成重构的三维图像中目标位置坐标以及障碍物坐标的标定；
路线输出模块，用于根据坐标标定模块的输出结果以及机器人定位数据进行目标路线的输出，并将目标路线发送到机器人驱动模块；
机器人驱动模块，用于根据接收到的目标路线进行机器人的驱动。
2.如权利要求1所述的一种机器人视觉定位系统，其特征在于，通过以下步骤完成其他视频帧的重构；
根据每个视频帧的偏转角度计算每个视频帧的补充偏转角度；
根据每个视频帧的补充偏转角度重新绘制每个视频帧。
3.如权利要求1所述的一种机器人视觉定位系统，其特征在于，还包括一人机操作模块，用于输入各种控制命令和数据调用命令。
4.如权利要求3所述的一种机器人视觉定位系统，其特征在于，五个摄像头均为可360°旋转安装。
5.如权利要求1所述的一种机器人视觉定位系统，其特征在于，所述机器人定位数据通过安装在机器人内部的GPS定位模块进行实时监测实现。
6.如权利要求5所述的一种机器人视觉定位系统，其特征在于，所述GPS定位模块包括GPS芯片、RFID芯片和电子罗盘芯片，GPS芯片内设有一中央处理模块，GPS输入信号经过噪音抑制模块和增益放大模块进入中央处理模块，GPS输出信号经过调制模块输出，RFID芯片和电子罗盘芯片与中央处理模块相连。
7.如权利要求1所述的一种机器人视觉定位系统，其特征在于，还包括一中央处理器，用于协调上述模块工作。

说明书全文

一种机器人视觉定位系统

技术领域

[0001] 本发明涉及机器人定位系统领域，具体涉及一种机器人视觉定位系统。

背景技术

[0002] 机器人(Robot)是自动执行工作的机器装置。它既可以接受人类指挥，又可以运行预先编排的程序，也可以根据以人工智能技术制定的原则纲领行动。它的任务是协助或取代人类工作的工作，例如生产业、建筑业，或是危险的工作。

[0003] 现有的室内定位方法装置大多过于复杂，机器人搭载起来过于笨重而庞大，成本和造价也颇高。而采用磁条进行定位的方法，不仅体形笨重、处理速度较慢、成本较高，而且无法更改行走路线。

[0004] 随着视觉图像处理的兴起，用视觉方式来实现室内定位具有其特殊的优势。鉴于此，提供一种机器人视觉定位方法对本领域技术来说是非常有必要的。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供了一种机器人视觉定位系统，通过三维图像的重构、目标位置和障碍物位置的坐标定位以及机器人的定位数据实现了目标路线的实时更新输出，提高了定位的效率和精确度。

[0006] 为实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

[0007] 一种机器人视觉定位系统，包括

[0008] 视频采集模块，用于进行目标视频数据的采集，并将所采集到的视频数据发送到视频角度调整模块；所述视频文件包括多个连续的视频帧、与每一个视频帧对应的坐标信息和时间信息，且所述坐标信息与所述时间信息唯一对应；

[0009] 视频角度调整模块，用于根据每个视频帧的坐标信息确定每个视频帧的偏转角度，并按其中一个视频帧的偏转角度进行其他视频帧的重构，并将处理后的视频发送到数据处理模块；

[0010] 数据处理模块，用于通过kinect深度传感器进行所接收到的视频数据内目标位置深度图像、障碍物深度图像的获取，并将获取的目标位置深度图像、障碍物深度图像发送到三维重构模块；

[0011] 三维重构模块，用于将所获得的障碍物深度图像以及目标位置深度图像进行三角化，然后在尺度空间中融合所有三角化的深度图像构建分层有向距离场，对距离场中所有的体索应用整体三角剖分算法产生一个涵盖所有体素的凸包，并利用Marching Tetrahedra算法构造等值面，完成三维图像的重构；

[0012] 坐标标定模块，用于根据视频图像中的坐标信息完成重构的三维图像中目标位置坐标以及障碍物坐标的标定；

[0013] 路线输出模块，用于根据坐标标定模块的输出结果以及机器人定位数据进行目标路线的输出，并将目标路线发送到机器人驱动模块；

[0014] 机器人驱动模块，用于根据接收到的目标路线进行机器人的驱动。

[0015] 优选地，通过以下步骤完成其他视频帧的重构；

[0016] 根据每个视频帧的偏转角度计算每个视频帧的补充偏转角度；

[0017] 根据每个视频帧的补充偏转角度重新绘制每个视频帧。

[0018] 优选地，还包括一人机操作模块，用于输入各种控制命令和数据调用命令。

[0019] 优选地，所述视频采集模块采用摄像头，至少包括五个，其中一个位于机器人头部，另外四个分别通过支架安装在机器人所在位置的前后左右四侧。

[0020] 优选地，五个摄像头均为可360°旋转安装。

[0021] 优选地，所述机器人定位数据通过安装在机器人内部的GPS定位模块进行实时监测实现。

[0022] 优选地，所述GPS定位模块包括GPS芯片、RFID芯片和电子罗盘芯片，GPS芯片内设有一中央处理模块，GPS输入信号经过噪音抑制模块和增益放大模块进入中央处理模块，GPS输出信号经过调制模块输出，RFID芯片和电子罗盘芯片与中央处理模块相连。

[0023] 优选地，还包括一中央处理器，用于协调上述模块工作。

[0024] 本发明具有以下有益效果：

[0025] 通过kinect深度传感器进行目标位置深度图像、障碍物深度图像的获取以及三维图像的重构，然后通过在三维图像内的目标位置和障碍物的坐标定位以及机器人的实时定位数据进行目标路线的输出，实现了目标路线的实时更新，提高了定位结果的精确度；经实验可知，利用Kinect传感器采集的不同的深度图像完成目标物体的三维重建，仅需要48s，并且得到非常精细的重建效果，大大提高了视觉定位的效率。附图说明

[0026] 图1为本发明实施例民航机场候机楼人脸快速识别系统的系统框图。

具体实施方式

[0027] 为了使本发明的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

[0028] 如图1所示，本发明实施例提供了一种机器人视觉定位系统，包括[0029] 视频采集模块，用于进行目标视频数据的采集，并将所采集到的视频数据发送到视频角度调整模块；所述视频文件包括多个连续的视频帧、与每一个视频帧对应的坐标信息和时间信息，且所述坐标信息与所述时间信息唯一对应；所述视频采集模块采用摄像头，至少包括五个，其中一个位于机器人头部，另外四个分别通过支架安装在机器人所在位置的前后左右四侧，五个摄像头均为可360°旋转安装。

[0030] 视频角度调整模块，用于根据每个视频帧的坐标信息确定每个视频帧的偏转角度，并按其中一个视频帧的偏转角度进行其他视频帧的重构，并将处理后的视频发送到数据处理模块；具体的，通过以下步骤完成其他视频帧的重构；

[0031] 根据每个视频帧的偏转角度计算每个视频帧的补充偏转角度；

[0032] 根据每个视频帧的补充偏转角度重新绘制每个视频帧。

[0033] 数据处理模块，用于通过kinect深度传感器进行所接收到的视频数据内目标位置深度图像、障碍物深度图像的获取，并将获取的目标位置深度图像、障碍物深度图像发送到三维重构模块；

[0034] 三维重构模块，用于将所获得的障碍物深度图像以及目标位置深度图像进行三角化，然后在尺度空间中融合所有三角化的深度图像构建分层有向距离场，对距离场中所有的体素应用整体三角剖分算法产生一个涵盖所有体素的凸包，并利用Marching Tetrahedra算法构造等值面，完成三维图像的重构；

[0035] 坐标标定模块，用于根据视频图像中的坐标信息完成重构的三维图像中目标位置坐标以及障碍物坐标的标定；

[0036] 路线输出模块，用于根据坐标标定模块的输出结果以及机器人定位数据进行目标路线的输出，并将目标路线发送到机器人驱动模块；

[0037] 机器人驱动模块，用于根据接收到的目标路线进行机器人的驱动。

[0038] 人机操作模块，用于输入各种控制命令和数据调用命令；

[0039] 中央处理器，用于协调上述模块工作。

[0040] 所述机器人定位数据通过安装在机器人内部的GPS定位模块进行实时监测实现，所述GPS定位模块包括GPS芯片、RFID芯片和电子罗盘芯片，GPS芯片内设有一中央处理模块，GPS输入信号经过噪音抑制模块和增益放大模块进入中央处理模块，GPS输出信号经过调制模块输出，RFID芯片和电子罗盘芯片与中央处理模块相连。

[0041] 本具体实施首先通过视频采集模块进行目标位置视频图像的获取，然后视频角度调整模块完成了视频角度的调整，从而提高了定位的精确度；然后通过kinect深度传感器获取了视频图像内目标位置深度图像和障碍物深度图像，利用Kinect传感器采集的不同的深度图像完成目标物体的三维重建，仅需要48s；然后通过在三维图像内的目标位置和障碍物的坐标定位以及机器人的实时定位数据进行目标路线的输出，实现了目标路线的实时更新，提高了定位结果的精确度；同时采用优化的GPS定位模块，GPS的输入信号首先经过噪音抑制模块过滤噪音，然后经过增益放大模块放大信号后输入中央处理模块。与此同时，RFID芯片将机器人的身份信息也输入中央处理模块，避免了各机器人之间的相互干扰，经过中央处理模块处理后，输出信号经过调制模块输出。当暂时无法接受到GPS信号时，电子罗盘芯片将机器人的移动轨迹输入中央处理模块，中央处理模块根据最后的定位信息推算出使用者现在的大致位置，然后将此位置输出。这就避免了由于暂时无法接受GPS信号造成的定位盲区。

[0042] 以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

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